谈保护器过压\欠压\过流保护器设计

[摘要]该保护器由直流稳压电路、电压比较电路、电流取样及比较电路和延时报警电路五部分组成。直流稳压电路由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路组成，为整个电路供电。通过互感器可对电流作随时的跟踪检测。电压比较部分采用LM339四电压比较器，当电网的电压或电流不正常时，比较器相应端输出高电平，从而触发保护电路和延时报警电路工作，达到过压、欠压、过流保护和报警的目的。
[关键词] 保护器 比较器 延时报警 LM339

1. 引言

现代家庭都备有多种电器和电子设备如电视机、电冰箱、音响系统、微波炉和UPS系统。这些设备都由交流电网供电，正常供电时，市电有±10%的允许误差。但是，交流电网的电压和电流时常波动，电压和电流可能超过允许误差，这对家电会带来损害。因此我设计的保护器保证家用电器只有在一定的电压和电流范围内正常工作，偏离正常电压或电流就使电路断电并报警，以保护电器设备。

2. 设计方案

2.1 问题提出

众所周知, 在高校教学过程中应抓基础、促提高、注重理论与实践相结合。该类保护器在生活中已经普遍应用。但在实际中，往往保护器只涉及电压保护或电流保护，具有一定的局限性。本文设计的“过压、欠压、过流保护器”具有较广泛的适用性，同时与电子专业知识结合密切。作为电子信息工程专业的“设计课题”，具有很好的实用性和可操作性。

2.2 设计制作特点

经济性：制作成本在40元以内。
合理性：从应用广泛的555集成定时电路着手，电路由直流稳压电路、电压比较电路、电流取样及比较电路和延时报警电路五部分组成。涉及集成电路应用、继电接触控制等电子电工技术知识。电路本身设计成

源于：论文摘要范文www.udooo.com

熟合理。
可操作性：课题本身具有创意，与市场结合紧密。从元件购置到装配使用，无须开模写作，通过自己动手制作即为成品。

3. 电路设计部分

3.1直流电源设计部分

在电子线路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路组成。
3.

1.1 电源变压器

变压器是一种常见的电气元件，在电子线路中应用广泛。输电时必须利用变压器将电压升高以降低损耗和节约线材。在用电方面，为保证用电的安全和适应用电设备的电压要求，还要利用变压器将电压降低。
电源变压器一般由闭合铁心和高压、低压绕组等几个主要部分构成，其作用是将交流电压变为整流滤波电路所需要的电压值。变压器副边与原边有功功率比为：，式中为变压器的效率。(为输入功率，为变压器的输出功率。)
表（3.

1.1）列出了本设计中两个变压器的参数。

表3.

1.1变压器参数

3.

1.2 整流滤波电路

通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。
整流电路主要是利用二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。桥式整流电路的输出电压高、纹波电压较小、管子所承受的最大反向电压较低，同时因为电源变压器在正、负半周内都有电源供给负载，电源变压器得到充分利用，效率较高，因此在本设计中利用整流二极管D1D4组成单相桥式整流电路。将交流电压转变成脉动的直流电压，再经过滤波电容滤除纹波，输出直流电压。输出电压与变压后交流电压有效值的关系为：
（3.

1.

2.1）

每只二极管承受的最大反向电压： （3.

1.

2.2）

流过负载的平均电流： （3.

1.

2.3）

通过每只二极管的平均电流： （3.

1.2.4）

式中为整流滤波电路的负载电阻。它为电容提供放电回路，放电时间常数应满足，式中T为50Hz交流电压的周期，即20ms。

图3.

1.2.1整流滤波电路图

3.

1.3 稳压电路

稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。当电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。本电路采用L7812固定式三端稳压器[3]。它能够输出电压稳定的直流电压。电路如图(3.1.3.1)所示，输入端接电容可以进一步滤除纹波，输出端接电容能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。同时使用三端稳压器时,输入电压与输出电压至少相差2V以上,但也不能太大,否则会增大器件本身的功耗以至于损坏器件。
图3.

1.3.1稳压电路

集成稳压器的输出电压V0与稳压电源的输出电压相同。稳压器最大容许电流,输入电压的范围为：
（3.

1.3.1）

式中，为最大输出电压；为最小输出电压；为稳压器的最小输入、输出压差；为稳压器的最大输入、输出压差。
在本设计电路中，有一个电解电容与并联，还有一个电解电容与并联。前者目的是减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰，后者目的是当输入端短路时，给输出电容器一个放电通路。

3.2 电压比较电路

3.

2.1 电压比较器的定义：

比较两个电压大小，它的输入信号是模拟电压，输出信号一般只有高电平和低电平两个稳定状态。
3.

2.2 电压比较器分类：

电压比较器分为单门限电压比较器和多门限电压比较器。其中单门限电压比较器又分为零电平比较器和非零电平比较器；多门限电压比较器又分为迟滞比较器和窗口比较器。它们各有优缺点，单门限电压比较器电路简单，灵敏度高，但抗干扰能力差；多门限电压比较器的抗干扰能力强，但灵敏度相对较差。

3.3 555定时集成电路

3.1 555的内部结构

555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图（3.3.1.1）所示。它由两个比较器和（是反向比较器，是同向比较器）、3个阻值为的电阻组成的分压器、基本RS触发器、放电管T以及缓冲器组成[4]。

图

3.

1.1555定时器结构原理框图

3.2 555定时器的性能特点

555定时器的工作电压范围较宽，在+3+18V范围内均能正常工作，其输出电压低电平≈0,高电平≈+VCC，可与其他数字集成电路（CMOS、TTL等）兼容，而且其输出电流可达到，能直接驱动继电器。555的输入阻抗极高，输入电流仅为，用作定时器时，定时时间长而且稳定。555的静态电流较小，一般为左右。

3.3 555定时器的主要功能